ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 187
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ется через возможность школьников столкнуться с научной проблемой, выдвинуть гипотезы, построить авторскую модель робота и получить результат. Авторы предлагают несколько проектов для учащихся, связанных с использованием LEGO Mindstorms NXT в курсе физики в средней школе. В статье описаны идеи и цели следующих экспериментальных проектов: равноускоренное движение, гармонические колебания, исследование звука. Авторы отмечают, что организация деятельности учащихся по проектированию робототехнических устройств в предметном обучении и распространение данной практики преподавания учебных курсов служит основой для объединения научных (квазинаучных) исследований и инженерного проектирования, а также достижения обучаемыми коммуникативных и личностных результатов.
Вопросы применения робототехнических наборов LEGO Mindstorms, а также датчиков Vernier в инженерной подготовке и STEM-образовании обсуждается в работе «Hands On Physics with LEGO MINDSTORMS NXT: 10 Lessons for the Classroom» (Cole John, Amanda Terrell and Alicia Green) [191]. Авторами дано описание серии физических экспериментов с гироскопом и акселерометром. Представлено десять экспериментов, при выполнении которых учащиеся знакомятся c принципами работы и особенностями использования датчиков при диагностике различных движений, начиная с простых его
видов и заканчивая сложными движениями в игровых ситуациях, когда датчики прикрепляются к телу человека.
В 2014 г. была закончена четырёхлетняя работа крупнейшей в Европе научно-исследовательской организации FRAUNHOFER по разработке комплекта заданий "Физические эксперименты" с применением LEGO Mindstorms Education EV3. На официальном сайте «LEGO Education» размещено краткое описание данного продукта [70]. Комплект включает 14 проектов по генерации и потреблению энергии, изучению передачи тепла, определению точек кипения и таяния, определению сил и параметров движения, а также проекты по оптике, реализованных с помощью роботов LEGO Mindstorms. Экспериментальная работа по апробации комплекта охватывала значительную часть школ Европы и, по заявлению авторов, имела большой успех. В основе концепции данного продукта, по словам одного из его разработчиков М. Коррера (M. Korherr), лежит принцип интеграции содержания математики, информатики, естественных наук и техники (MINT).
Анализ теории и практики применения образовательной робототехники в системе школьного образования позволяет сделать следующие выводы.
1. В педагогическом сообществе в России и за рубежом в целом сложилось
понимание важности подготовки школьников в области робототехники. Даны
социально-экономические и педагогические обоснования необходимости ос
воения учащимися комплекса знаний по роботостроению, организации их ро-
бототехнического творчества и становления у них практической готовности к
выполнению в этой сфере различных технических проектов.
2. Образовательная робототехника справедливо рассматривается как « …
новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирую
щее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и
ИКТ, и позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического
творчества учащихся разного возраста». Ее назначение связывается « … с по
пуляризацией научно-технического творчества и повышения престижа инже
нерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техни
кой» (Российская ассоциация образовательной робототехники:
http://raor.ru/about/). Образовательная робототехника может рассматриваться
не только как одно из направлений обучения школьников, но и как самостоя
тельный учебный предмет, который может быть введен в учебный план сред
ней общеобразовательной школы. Это новое направление профессиональной
деятельности учителя-предметника (пока реализуемое отчасти во внеуроч
ной работе с учащимися) и новая область научно-методического знания.
Взгляд на образовательную робототехнику как средство формирования инженерного мышления школьников, развития их интереса к техническому творчеству, ориентации на выбор инженерных профессий и рабочих специальностей является на сегодня достаточно распространенным. Однако на основе этих воззрений преимущественно развивается практика применения робототехники в системе дополнительного образования. Это направление поддерживается подготовкой научно-популярных и учебных пособий, публикацией методических разработок для педагогов дополнительного образования.
3. Направления, методы и приемы применения робототехники в предмет
ном обучении в средней школе пока не разработаны в полной мере. Это новое
направление политехнического обучения, интегрирующее знания и опыт пре
подавания целого ряда школьных предметов. В его разработке должны быть
учтены специфика робототехнических устройств как нового объекта совре
менной техносреды, возможности каждого учебного предмета в его освоении,
особенности содержания образования разных уровней и профилей.
4. Разработка учебных и методических пособий, ориентированных на при
менение РТ в учебном процессе, пока ограничена по своим масштабам. Их со
держание связывается преимущественно с курсами информатики. Публика
ции, посвященные применению робототехники в обучении физике (статьи,
учебные пособия), являются на сегодня единичными. Несколько в большей
мере уделяется внимание подготовке программ элективных курсов по робо
тотехнике. Как правило, эти элективные курсы организуются как сопровожде-
ние базовых курсов информатики и технологии.
8. Содержание, методика и технологии применения робототехники в
реализации политехнической направленности обучения в средней школе
должны стать предметом систематических и целенаправленных исследова
ний в отечественной педагогической науке. Важно найти эффективные ре
шения применения РТ не только во внеурочной работе со школьниками, но
и в учебном процессе. В связи с мультидисциплинарностью робототехники
как области технического знания, необходимо раскрыть возможности каж
дого учебного предмета в ее освоении учащимися.
Изучение основ робототехники как направления технической инноватики должно быть встроено в программы основных учебных курсов (физики, информатики, математики, технологии и др.), включено в содержание курсов по выбору в основной и старшей школах, а также программы факультативных курсов и внеурочную работу с учащимися. В каждой средней школе с учетом ее профиля должна быть разработана и запущена к исполнению комплексная программа внедрения РТ в содержание политехнической подготовки школьников. Цель такой программы: формирование у выпускников школы необходимого уровня технической культуры для их эффективной жизнедеятельности в роботизированной техносреде ближайшего будущего.
Итак, в настоящем параграфе дан обзор отечественных и зарубежных исследований по проблеме применения робототехники в учебном процессе, в том числе при обучении физике. Рассмотрены особенности внедрения робототехники в образовательное пространство средней школы. Сформулированы выводы, касающиеся состояния решения проблемы внедрения образовательной робототехники в предметное обучение, включая обучение физике.
1.3. Робототехника как компонент содержания политехнического обучения в средней школе. Междисциплинарная образовательная программа по робототехнике
Развитие современной техносреды и изменения в технической деятельности социума определяют необходимость систематического обновления содержания школьного политехнического образования. Как отмечалось в п. 1.1. это обновление должно осуществляться в числе прочего и в направлениях технической инноватики. Одним из таких направлений является роботострое
ние, которое определяется в качестве «несущего» производства пятого технологического уклада общества.
Образовательную робототехнику необходимо позиционировать как составляющую содержания политехнического обучения в средней школе. Вне
дрение робототехники в предметное обучение и систему внеурочной образовательной практики будет способствовать обогащению и углублению знаний учащихся в сфере технических приложений основ наук, расширению предметной области их работы с объектами техники, более успешному формированию умений технической деятельности (учебной, исследовательской и проектной). Важными результатами этого процесса должны стать рост интереса школьников к изучению научных основ современной техники, процессов ее создания и эксплуатации, а также готовность ряда учащихся к сознательному выбору профильного уровня обучения по предметам естественнонаучного и технологического циклов. Еще одним значимым следствием является формирование у учащихся обобщенных представлений о техносреде ближайшего будущего, насыщенной роботизированными системами, и общих и конкретных регулятивах поведения и деятельности в данной среде.
Необходимо сформулировать общую концепцию внедрения робототехники в систему среднего образования как составляющей его политехнического содержания. Ее основными идеями являются следующие утверждения:
социальной сферах, ее видового разнообразия,
Вопросы применения робототехнических наборов LEGO Mindstorms, а также датчиков Vernier в инженерной подготовке и STEM-образовании обсуждается в работе «Hands On Physics with LEGO MINDSTORMS NXT: 10 Lessons for the Classroom» (Cole John, Amanda Terrell and Alicia Green) [191]. Авторами дано описание серии физических экспериментов с гироскопом и акселерометром. Представлено десять экспериментов, при выполнении которых учащиеся знакомятся c принципами работы и особенностями использования датчиков при диагностике различных движений, начиная с простых его
видов и заканчивая сложными движениями в игровых ситуациях, когда датчики прикрепляются к телу человека.
В 2014 г. была закончена четырёхлетняя работа крупнейшей в Европе научно-исследовательской организации FRAUNHOFER по разработке комплекта заданий "Физические эксперименты" с применением LEGO Mindstorms Education EV3. На официальном сайте «LEGO Education» размещено краткое описание данного продукта [70]. Комплект включает 14 проектов по генерации и потреблению энергии, изучению передачи тепла, определению точек кипения и таяния, определению сил и параметров движения, а также проекты по оптике, реализованных с помощью роботов LEGO Mindstorms. Экспериментальная работа по апробации комплекта охватывала значительную часть школ Европы и, по заявлению авторов, имела большой успех. В основе концепции данного продукта, по словам одного из его разработчиков М. Коррера (M. Korherr), лежит принцип интеграции содержания математики, информатики, естественных наук и техники (MINT).
Анализ теории и практики применения образовательной робототехники в системе школьного образования позволяет сделать следующие выводы.
1. В педагогическом сообществе в России и за рубежом в целом сложилось
понимание важности подготовки школьников в области робототехники. Даны
социально-экономические и педагогические обоснования необходимости ос
воения учащимися комплекса знаний по роботостроению, организации их ро-
бототехнического творчества и становления у них практической готовности к
выполнению в этой сфере различных технических проектов.
2. Образовательная робототехника справедливо рассматривается как « …
новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирую
щее знания о физике, мехатронике, технологии, математике, кибернетике и
ИКТ, и позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического
творчества учащихся разного возраста». Ее назначение связывается « … с по
пуляризацией научно-технического творчества и повышения престижа инже
нерных профессий среди молодежи, развитие у молодежи навыков практического решения актуальных инженерно-технических задач и работы с техни
кой» (Российская ассоциация образовательной робототехники:
http://raor.ru/about/). Образовательная робототехника может рассматриваться
не только как одно из направлений обучения школьников, но и как самостоя
тельный учебный предмет, который может быть введен в учебный план сред
ней общеобразовательной школы. Это новое направление профессиональной
деятельности учителя-предметника (пока реализуемое отчасти во внеуроч
ной работе с учащимися) и новая область научно-методического знания.
Взгляд на образовательную робототехнику как средство формирования инженерного мышления школьников, развития их интереса к техническому творчеству, ориентации на выбор инженерных профессий и рабочих специальностей является на сегодня достаточно распространенным. Однако на основе этих воззрений преимущественно развивается практика применения робототехники в системе дополнительного образования. Это направление поддерживается подготовкой научно-популярных и учебных пособий, публикацией методических разработок для педагогов дополнительного образования.
3. Направления, методы и приемы применения робототехники в предмет
ном обучении в средней школе пока не разработаны в полной мере. Это новое
направление политехнического обучения, интегрирующее знания и опыт пре
подавания целого ряда школьных предметов. В его разработке должны быть
учтены специфика робототехнических устройств как нового объекта совре
менной техносреды, возможности каждого учебного предмета в его освоении,
особенности содержания образования разных уровней и профилей.
4. Разработка учебных и методических пособий, ориентированных на при
менение РТ в учебном процессе, пока ограничена по своим масштабам. Их со
держание связывается преимущественно с курсами информатики. Публика
ции, посвященные применению робототехники в обучении физике (статьи,
учебные пособия), являются на сегодня единичными. Несколько в большей
мере уделяется внимание подготовке программ элективных курсов по робо
тотехнике. Как правило, эти элективные курсы организуются как сопровожде-
ние базовых курсов информатики и технологии.
-
Практика применения робототехники в обучении физике (как в отечественной системе образования, так и за рубежом) представлена в основном выполнением учащимися проектов физико-технической направленности, реже постановкой физических экспериментов с применением наборов по робототехни-ческому конструированию. В методической литературе и на образовательных сайтах по робототехнике приводятся примеры некоторых проектов, а также отдельных физических экспериментов с применением различных элементов образовательных наборов по конструированию роботов. -
Диссертационные исследования, связанные с решением проблемы внедрения робототехники в образовательное пространство школы, находятся пока в своей начальной стадии. В публикациях авторов этих исследований освещается в основном конкретный опыт применения робототехники в образовательном процессе средней школы. В последнее время появились работы, в которых поднимаются общие педагогические и методические проблемы применения робототехники в предметном обучении и внеурочной работе со школьниками. -
Исследования зарубежных авторов в настоящее время по масштабам и темпам своего продвижения пока опережают отечественные разработки. Подготовка учебных и методических материалов ведётся в крупных научно-исследовательских центрах при университетах. Робототехника в зарубежных исследованиях, как правило, рассматривается как компонент более широкого направления в образовании – STEM-образования.
8. Содержание, методика и технологии применения робототехники в
реализации политехнической направленности обучения в средней школе
должны стать предметом систематических и целенаправленных исследова
ний в отечественной педагогической науке. Важно найти эффективные ре
шения применения РТ не только во внеурочной работе со школьниками, но
и в учебном процессе. В связи с мультидисциплинарностью робототехники
как области технического знания, необходимо раскрыть возможности каж
дого учебного предмета в ее освоении учащимися.
Изучение основ робототехники как направления технической инноватики должно быть встроено в программы основных учебных курсов (физики, информатики, математики, технологии и др.), включено в содержание курсов по выбору в основной и старшей школах, а также программы факультативных курсов и внеурочную работу с учащимися. В каждой средней школе с учетом ее профиля должна быть разработана и запущена к исполнению комплексная программа внедрения РТ в содержание политехнической подготовки школьников. Цель такой программы: формирование у выпускников школы необходимого уровня технической культуры для их эффективной жизнедеятельности в роботизированной техносреде ближайшего будущего.
Итак, в настоящем параграфе дан обзор отечественных и зарубежных исследований по проблеме применения робототехники в учебном процессе, в том числе при обучении физике. Рассмотрены особенности внедрения робототехники в образовательное пространство средней школы. Сформулированы выводы, касающиеся состояния решения проблемы внедрения образовательной робототехники в предметное обучение, включая обучение физике.
1.3. Робототехника как компонент содержания политехнического обучения в средней школе. Междисциплинарная образовательная программа по робототехнике
Развитие современной техносреды и изменения в технической деятельности социума определяют необходимость систематического обновления содержания школьного политехнического образования. Как отмечалось в п. 1.1. это обновление должно осуществляться в числе прочего и в направлениях технической инноватики. Одним из таких направлений является роботострое
ние, которое определяется в качестве «несущего» производства пятого технологического уклада общества.
Образовательную робототехнику необходимо позиционировать как составляющую содержания политехнического обучения в средней школе. Вне
дрение робототехники в предметное обучение и систему внеурочной образовательной практики будет способствовать обогащению и углублению знаний учащихся в сфере технических приложений основ наук, расширению предметной области их работы с объектами техники, более успешному формированию умений технической деятельности (учебной, исследовательской и проектной). Важными результатами этого процесса должны стать рост интереса школьников к изучению научных основ современной техники, процессов ее создания и эксплуатации, а также готовность ряда учащихся к сознательному выбору профильного уровня обучения по предметам естественнонаучного и технологического циклов. Еще одним значимым следствием является формирование у учащихся обобщенных представлений о техносреде ближайшего будущего, насыщенной роботизированными системами, и общих и конкретных регулятивах поведения и деятельности в данной среде.
Необходимо сформулировать общую концепцию внедрения робототехники в систему среднего образования как составляющей его политехнического содержания. Ее основными идеями являются следующие утверждения:
-
политехническая направленность предметного обучения в средней школе должна обеспечивать общеобразовательную подготовку будущих потребителей услуг роботизированной социальной среды и предпрофессиональную подготовку потенциальных производителей робототехники; -
в основе подготовки должна лежать междисциплинарная образовательная программа по робототехнике (МОПР), реализация которой осуществляется комплексом учебных предметов, курсами по выбору в основной школе и элективными курсами в старшей школе (предметными, межпредметными), а также системой внеурочной работы; -
определение структуры и содержания программы обучения должно базироваться на всестороннем анализе основных этапов становления роботостроения как отрасли производства и области научно-технического знания, сущности понятия «робот», места и роли робототехники в производственной и
социальной сферах, ее видового разнообразия,